基于下垫面条件的旱情综合监测评估系统

　　（一）基本情况

　　1. 方案概述

　　基于下垫面条件的旱情综合监测评估方案是以“监测-分析-预警-应用”为主线，提出了面向农业、林地、草地、生态、人畜饮水困难的旱情综合监测评估方法，研发了多源数据融合技术、基于网格的分布式旱情评估技术和多指标旱情综合评估技术，开发了旱情监测预警综合平台软件，能够进行实时旱情监测、分析及研判，自动绘制旱情综合监测评估“一张图”并为防旱抗旱工作决策提供技术支撑。目前，该技术方案已列入“2019年度水利先进实用技术重点推广指导目录”，且在10余个省市得到了应用推广。

　　2. 方案实施主体、服务对象及典型适用场景

　　本方案由中国水利水电科学研究院为研发主体，联合北京慧图科技股份有限公司共同推广应用。

　　面向各级水利部门、应急部门、自然资源部门、农业农村部门、林业部门、生态环境部门等及相关的企事业单位，提供干旱监测、干旱预警、旱情研判、抗旱决策、节水调水、农业耕作、灌溉管理、旱灾保险等方面的技术方案、信息系统和产品服务。

　　典型适用场景包括：1）提供区域旱情综合监测评估的详细解决方案；2）定制开发旱情监测预警系统平台；3）针对具体区域开展旱情综合监测评估工作并为旱情决策提供业务支撑；4）为耕作管理、灌溉管理、节水调水、旱灾保险等提供相关技术方案。 

　　3. 方案关键技术

　　（如解决的主要问题及方式方法、技术/性能指标等）

　　本方案以“监测-分析-预警-应用”为主线，依托自主研发的多源数据融合技术、基于网格的分布式旱情评估技术、多指标旱情综合评估技术，进行实时旱情监测、分析及研判，提供旱情综合监测评估“一张图”。

　　本方案具有四大特点：

　　（1）融合多源数据。利用气象、水文、农业、遥感等多源数据，集成土地利用、土壤类型、作物分布、作物生育期、灌溉情况等下垫面信息，进行综合旱情评估。

　　（2）面向不同对象。构建了面向不同区域、不同对象（农、林、草、生态）、不同时期（季节、生育阶段）、不同耕作管理（灌溉、非灌溉）的旱情监测评估模型。

　　（3）构建了完整技术体系。研发了一套规范化旱情综合监测评估技术体系，实现数据融合、分析评估、应用展示的全过程。从4大类50余个指标中遴选出针对百余种不同下垫面条件的干旱指标集，并逐一构建旱情评估规则，实现灌溉农业、非灌溉农业、林地、草地、生态湿地等的旱情综合评估。

　　（4）产品类型丰富。提供旱情综合监测评估“一张图”，以及气象、水文、农业、遥感等多类别、多指标干旱监测产品，实现高时（逐日）空（1公里网格）分辨率的旱情评估。

　　4.方案的必要性、可行性论证及结论

　　干旱灾害是影响我国经济社会发展的主要自然灾害之一。近年来，我国局部性、区域性干旱灾害连年发生，抗旱减灾工作面临着新的压力和挑战。抗旱减灾管理最迫切需要解决的是掌握哪里旱（干旱分布等），有多旱（干旱的等级、干旱的频率和干旱影响等），旱多久（干旱的历时、干旱的演变等），以及怎么办（需/缺水量、调水等）等问题。但是，由于常规旱情监测评估技术上的短板，导致抗旱决策指挥工作仍然更多的依赖于简单的比较分析和决策者的主观经验，旱情监测评估技术和能力总体水平较低。因此，非常有必要针对当前业务需求，研究旱情监测评估技术优化并提出旱情综合监测评估的解决方案，补齐抗旱减灾工作存在的短板，增强抗旱减灾工作的科学性和主动性。

　　国际上，许多发达国家在旱情监测信息化建设和应用方面取得了显著成绩，其经验值得我们借鉴。美国自1999年起，就由美国国家干旱减灾中心牵头，联合农业部、商务部和内务部，利用气象、水文、土壤墒情、遥感等多源信息，每周生成旱情监测一张图，向公众发布综合旱情信息，作为发布干旱预警、启动应急预案的依据。加拿大、墨西哥、捷克、南非等国家也纷纷效仿美国的旱情监测一张图，开展相关的旱情监测工作。通过国家防汛抗旱指挥系统一期、二期工程的建设，我国抗旱减灾应急管理水平有了显著提升，抗旱工作已经由传统的人工统计报表阶段逐步向信息化管理阶段迈进，实现了包括气象、水文、墒情、遥感等旱情相关信息的自动采集和汇集，为及时有效的分析评估旱情和启动抗旱应急响应提供了重要的基础支撑。同时，气象、水利、农业等相关部门开展了许多旱情监测评估相关的前期研究和实践工作，为旱情综合监测评估奠定了数据基础。因此，在已有建设成果的基础上，借鉴美国等发达国家的建设经验，在我国开展旱情综合监测评估工作是可行的。

　　5.实施情况和主要特点

　　本方案以多种方式开展实施，如：编制旱情监测评估技术方案、提供旱情评估的产品服务、开发旱情综合监测评估系统平台等，且目前已完成全国及多个省份旱情监测预警综合平台建设实施方案编制、部分地区旱情监测预警综合平台开发及部分省市旱情综合监测评估服务等项目。

　　（1）提供旱情综合监测评估“一张图”，无需管理和技术人员再人为研判旱情。旱情评估结果准确、客观，能够反映哪里旱、有多旱、旱多久等问题。统计的各类受旱面积和严重程度能够直接用于抗旱统计上报。

　　（2）实现对耕地、林地、草地、生态等不同对象的旱情监测评估，同时考虑各地区的易旱阶段（如玉米卡脖旱、华北小麦返青期等）、不同作物对干旱的响应程度、灌溉对干旱的减轻作用等因素，采取自适应的旱情监测评估模型或方法。

　　（3）各地水行政主管部门掌握的数据资源能够满足该技术成果的应用实施。系统化、智能化程度高，具有实时、连续、自动监测评估的能力。

　　（二）方案创新性

　　1、基于“监测-分析-预警-应用”的发展过程全链条实时反馈联动的研究方法，实现了不同区域、不同下垫面条件的旱情综合监测评估。

　　2、采用现代传感技术、大数据分析技术、人工智能、图像解析等多项现代化技术，基于干旱发展特性，形成了一套集数据采集、筛选、分析、整理、优化、原位监测与室内外联动监测等旱情综合监测评估技术体系。

　　3、本方案已自主研发构建了自动化数据采集、分析插补、人工智能化自动数据校核验证及特色定制化数据产品自动生成技术。一方面最大程度降低了人工手动收集、核查、校验数据的工作强度；另一方面极大的提高了监测数据的精准度，防止数据的遗漏和错误，结合不同区域下垫面特性可自动提供定制化数据集服务。

　　（三）方案预期成效

　　本方案可广泛应用于国家、省、市、县的旱情综合监测评估工作，显著提升各级抗旱管理部门的旱情监测预警能力，同时为耕作管理、灌溉管理、节水调水、旱灾保险等提供支撑作用。

　　方案实施和运维方式具有灵活多样性。对于编制相关技术方案或提供旱情评估的产品定制化服务的方式，将提供项目周期的全方位服务。对于开发旱情综合监测评估系统平台的方式，将提供至少3年以上的免费系统运维。

　　本方案的推广实施具有重要的经济和社会效益。方案实现了耕地、林地、草地、重点湖泊生态、人畜饮水困难等方面的旱情监测评估预警全覆盖，将显著减少农业干旱灾害损失、降低城市和农村人畜饮水困难风险、增强河湖生态的旱灾抵御能力。方案的推广实施是全面贯彻落实习总书记讲话精神、党中央关于水利工作的方针政策和决策部署以及综合防灾减灾规划相关要求的重要举措，是强化抗旱减灾薄弱环节的重大举措，是提升抗旱减灾管理水平的重要手段。

　　（四）方案可推广性

　　1. 推广价值、推广方式等

　　本方案提出的基于下垫面条件的旱情综合监测评估理念和技术已完全成熟，相关的产品和服务也在多个项目实施过程中得到了实践和检验，完成多个良好的范例，具有较高的推广价值。推广方式主要有：

　　（1）开展旱情监测预警综合平台建设实施方案编制，主要包括：数据资源分析、模型方法构建、系统平台设计等；

　　（2）开发旱情监测预警综合平台，作为业务化的运行系统，实现旱情的实时、滚动监测评估，满足日常抗旱管理工作。

　　（3）针对旱情监测评估需求迫切的易旱县，以服务的方式，定期推送针对区域特点的定制化旱情综合监测评估产品。

　　2. 方案采纳情况

　　本方案已应用于全国及山西、湖北、河南旱情监测预警综合平台建设实施方案编制，湖南、安徽、陕西、河南、云南等省级旱情监测预警综合平台开发，湖南省耒阳市、安仁县、洞口县、湘潭县等县级抗旱业务应用系统开发，以及北京市年度旱情旱灾评估等项目。